醫療行業(yè)電能質(zhì)量監測與治理系統解決方案

安科瑞虞佳豪

醫療行業(yè)的配電系統是保證醫院供電的一項重要因素。隨著(zhù)我國現代科學(xué)技術(shù)的逐漸發(fā)展與進(jìn)步，醫院的供電設施也得到了很大的改善以及提高。在發(fā)展的過(guò)程中，各種技術(shù)使得我國醫院的配電系統得到了逐漸的完善。一些大型醫院裝備了許多電子醫技設備．這些設備共同的特點(diǎn)是：設備運行會(huì )產(chǎn)生大量的諧波；對電源質(zhì)量要求很高。醫療設備所在配電系統中，如果存在大量的諧波，會(huì )使電壓、電流波形發(fā)生畸變，影響系統供電質(zhì)量。同時(shí)還對其它供電及用電設備造成危害：縮短設備使用壽命，干擾重要醫療設備的正常工作。醫院配電系統的電能質(zhì)量治理已成為醫院和設計部門(mén)需要考慮。

在醫院的發(fā)展以及運行中，需要采用高科技等技術(shù)手段來(lái)滿(mǎn)足醫院供電設施的要求，從而逐漸實(shí)現醫院的科學(xué)用電以及節能用電等，這樣能夠有效地減少醫院的成本。醫院供配電系統是醫院工作的基礎平臺，包含各類(lèi)非線(xiàn)性、時(shí)變性電器設備和醫療設備。它們產(chǎn)生的諧波相互作用，若不治理，不僅會(huì )影響設備的正常運行，嚴重時(shí)甚至會(huì )威脅患者的生命安全，因此對醫院供配電系統電能質(zhì)量治理的深入分析研究勢在必行。

醫療設備的進(jìn)步，體現著(zhù)現代醫院診療水平，醫院的電磁環(huán)境因此發(fā)生了很大變化?，F代化醫院通過(guò)不斷引入新型、復雜的電子醫療系統來(lái)提高醫療服務(wù)水平。諧波干擾問(wèn)題必將成為醫院現代化進(jìn)程中需要重視的問(wèn)題。醫院建設、管理，電氣工程設計是以后發(fā)展過(guò)程中需要考慮的問(wèn)題。

其原因有二：一是因為當前電子技術(shù)正朝著(zhù)高頻、高速、高靈敏度、高可靠性、多功能、小型化方向發(fā)展，導致了現代電子設備產(chǎn)生和接受電磁干擾的幾率大大增加；二是隨著(zhù)電力電子裝置本身功率容量和功率密度的不斷變大，電網(wǎng)的諧波干擾和反串也日益嚴重。諧波不僅降低電網(wǎng)的供電品質(zhì)，還會(huì )嚴重危及醫療設備供配電系統的電力器件的運行，容易產(chǎn)生誤動(dòng)作，擊穿電容補償柜，對小型儀表類(lèi)醫療設備產(chǎn)生電源干擾。所以電力諧波是個(gè)不容忽視的問(wèn)題，應以重視。

醫療行業(yè)電能質(zhì)量主要特征：

1）對電能質(zhì)量要求高；

2）負載中含有多種諧波源，配電諧波含量較高；

3）治理方案：根據負載特征，需通過(guò)配電房集中治理和針對性的就地治理共同實(shí)現。

醫療行業(yè)電能質(zhì)量監測與治理系統解決方案

解決方案

隨著(zhù)各種先進(jìn)醫療設備(磁共振成像(MRI)、二維圖像彩色B超儀、全身螺旋CT掃描儀、單(雙)光子****計算機斷層掃描機、全自動(dòng)生化儀、采用電磁波技術(shù)的碎石機、胃腸斷層掃描機、高頻電刀、多功能微波治療儀等)的引進(jìn)與使用，各種電子電路和電力電子技術(shù)在現代醫院的應用，生物醫學(xué)工程在現代化醫院中所起的作用越來(lái)越重要。這些儀器在保證醫療質(zhì)量的同時(shí)，也因為儀器的高負載等特性，造成了大量的諧波污染，大量的諧波必然會(huì )產(chǎn)生嚴重危害，特別是諧波造成的電壓波動(dòng)會(huì )影響醫療設備，使其受到諧波信號的干擾而影響儀器的性能。特別值得關(guān)注的是，醫院是對電能質(zhì)量要求很高的場(chǎng)合，意外斷電和電網(wǎng)干擾對醫療儀器的影響不容忽視。特別是對于部分進(jìn)口儀器，對使用的電網(wǎng)環(huán)境要求很高，因為國外已經(jīng)很早就重視了電能質(zhì)量問(wèn)題而進(jìn)行了嚴格限制，很多儀器不能保證在諧波環(huán)境下正常檢測，甚至會(huì )影響其使用壽命。

安科瑞電氣提出的電能質(zhì)量監測與治理系統解決方案可滿(mǎn)足電力監控管理、運維與電能質(zhì)量治理等方面的需求，致力于為醫療行業(yè)用戶(hù)提供一站式的整體解決方案，從產(chǎn)品、系統、服務(wù)等不同方面來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)的需要，為用戶(hù)創(chuàng )造價(jià)值。

方案特點(diǎn)

電能質(zhì)量監測與治理系統除作為本地終端為用戶(hù)提供電能質(zhì)量監測、治理與設備運維等功能外，亦可通過(guò)接入AcrelEMS-MED醫療建筑綜合能效管理平臺，為用戶(hù)提供遠程在線(xiàn)服務(wù)；

全控技術(shù)實(shí)現電能質(zhì)量；

專(zhuān)業(yè)化的電能質(zhì)量監測：電能質(zhì)量實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測，測量精度高、測得準，符合IEC61000-4-30標準；

電能質(zhì)量監測與治理裝置整體設計，通過(guò)上位平臺實(shí)現統一管理和閉環(huán)控制；

高品質(zhì)電能質(zhì)量治理：配套電力電子裝置技術(shù)過(guò)關(guān)、質(zhì)量過(guò)硬，具備網(wǎng)絡(luò )化、可調控、快速響應的性能；

電能管理務(wù)業(yè)務(wù)綜合協(xié)同：配電監控管理與運維、電能分析與電能質(zhì)量數據共享融通，為企業(yè)電能供給與消費提供控制手段。

方案價(jià)值

監測電能質(zhì)量，保障供電可靠性

對供電回路的電氣參數進(jìn)行監測，確保設備用電符合標準要求。微秒級故障錄波與SOE告警能夠及時(shí)記錄故障發(fā)生時(shí)全部數據信息，支持開(kāi)展故障追蹤與問(wèn)題定位。

完整電能質(zhì)量治理

通過(guò)集中+就地整體電能質(zhì)量治理模式，更大程度滿(mǎn)足無(wú)功和諧波治理的要求，提高整個(gè)醫療供配電系統的電能質(zhì)量，減少對其它供電及醫療設備造成危害。

數據應用及增值服務(wù)

系統提供多維度的用電指標統計與電能數據分析工具，為配電系統運行管理優(yōu)化和節能降耗提供指導。

安科瑞電能質(zhì)量監測與治理產(chǎn)品選型

集中治理

針對醫療行業(yè)配電系統中涉及到的電梯、空調、風(fēng)機、大型水泵等電器設備及數量較多的計算機和音頻等網(wǎng)絡(luò )通信設備，為減少諧波對電網(wǎng)側的危害和影響，同時(shí)確保無(wú)功功率因數達到國標要求值，避免罰款，可采用配電房集中治理的方式，同時(shí)也可對整個(gè)低壓供配電系統進(jìn)行電能質(zhì)量在線(xiàn)監測，其中包含諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監測等，其集中治理的產(chǎn)品選型見(jiàn)表2。

就地治理

核磁共振器MRI、CT機、X光機及UPS作為醫療行業(yè)中重要的末端設備，運行過(guò)程中不可避免的對整個(gè)醫療供配電系統中產(chǎn)生諧波污染，電流畸變率一般會(huì )達到40%~50%。同時(shí)醫院照明普遍采用LED熒光燈、金鹵燈、調光器等，此類(lèi)照明裝置主要負荷類(lèi)型為開(kāi)關(guān)電源型，諧波電流以3次諧波電流為主，3次諧波電流作為零序電流，三相矢量角度一致，因此向N線(xiàn)進(jìn)行疊加，導致N線(xiàn)電流過(guò)大。針對以上負載情況，建議在各重要設備的配電箱增加電能質(zhì)量補償設備進(jìn)行就地治理，達到終端治理諧波的目的，避免諧波影響到整個(gè)配電系統和其他用電設備。

上海某中心人民醫院電能質(zhì)量治理項目案例

項目背景

以上海某中心人民醫院諧波治理和無(wú)功補償項目為例，考慮到醫院復雜的各種先進(jìn)醫療設備如核磁共振、 CT機、 血透機等，同時(shí)各種LED節能照明設備、變頻空調、電梯設備等大量投入使用，使用過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量的諧波，對醫院中1-4號變壓器進(jìn)線(xiàn)柜和4號變壓器無(wú)功柜進(jìn)行測量，并根據具體測量數據給出相應的治理方案。

測量結果

以1號變壓器為例，變壓器負載側和進(jìn)線(xiàn)側測量數據分別如下：

負載側

進(jìn)線(xiàn)側

由上述兩組數據可看出，一號變壓器無(wú)功補償前功率因數0.95，現場(chǎng)只投入兩組，補償后功率達到0.97，諧波的主要次數為3次，5次和7次，對于5次和7次諧波可通過(guò)在配電房集中治理，消除諧波對整個(gè)供配電系統、變壓器、無(wú)功柜和其它用電設備的影響；通過(guò)數據得到由于3次諧波在N線(xiàn)線(xiàn)性疊加，N線(xiàn)電流約140A，對其進(jìn)行末端就地治理，防止諧波對N線(xiàn)造成損害，保護線(xiàn)路，同時(shí)預防火災的發(fā)生。

治理方案

由于系統中無(wú)功柜均為純容性，易與諧波電流產(chǎn)生諧振現象，放大諧波電流，使無(wú)功柜受到損害，在諧波較大的場(chǎng)合建議改造，具體方案如下：

方案一：集中治理：建議配電房無(wú)功柜改造，并串接14%電抗，結合AnSin-G Ⅰ型有源諧波治理系統裝置進(jìn)行集中諧波治理；無(wú)功柜未投入時(shí)功率因數較好，若不改造，在不影響功率因數的基礎上可先暫停，直接裝設有源諧波治理系統裝置進(jìn)行諧波治理。

方案二：就地治理：建議在樓層配電間或負載末端加裝ANSNP中線(xiàn)安防保護器，治理3N次諧波和三相不平衡導致N線(xiàn)電流過(guò)大問(wèn)題，達到終端治理諧波的目的，避免諧波影響到整個(gè)配電系統和其他用電設備。

結論

現代醫療行業(yè)中的設備普遍采用電力電子變流和控制器件，使醫院非線(xiàn)性醫療設備負荷的種類(lèi)和數量迅速增加，諧波污染日趨嚴重，給配電系統和醫療設備帶來(lái)巨大危害。但醫院供配電系統諧波問(wèn)題一直沒(méi)得到足夠重視，諧波造成的電能消耗增加、設備故障、使用壽命縮短等直接和間接經(jīng)濟損失相當巨大。通過(guò)對醫院供配電系統電能質(zhì)量進(jìn)行研究，結合系統平臺提出合理的整體解決方案，對改善供電質(zhì)量，提高電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟運行，保障設備的性能以及降低能耗均有重要意義。